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1、复合材料定义复合材料定义Advantagesofcompositematerials材料性能指标的自由设计性材料与结构的一致性产品型体设计的自由性增强纤维表面改性气相氧化法（DryGaseousOxidation）液相氧化法（WetChemicalOxidation）化学偶联剂处理法（ChemicalCoupling）聚合物涂层法（PolymerCoating）（涂覆）沉积法（Deposition）电聚合与电沉积法化学接枝聚合法（ChemicalGrafting）等离子体处理方法（Plasma）ApplicationofcompositesSeecompositematerials1复合材料成
2、型Handlay-upmoldingSpray-upmoldingRTM(Resintransfermolding)RIM(Reactioninjectionmolding)ResininfusionSheetmoldingcompoundBulkmoldingcompoundFilamentwindingPultrusionLFRTPHand lay-up moldingHand lay-up moulding may be used for the production of parts of any dimensions, for example, technical parts of
3、a few tens of m area, as well as swimming pools of 150 m developed area.But, this method is generally limited to the manufacture of parts with relatively simple shapes, requiring only one face to have a smooth appearance (the other face being rough from the moulding operation).It is recommended for
4、small and medium volumes, for which the investment in moulds and equipment should not be very high.Hand lay-up mouldingThe contact moulding method consists of applying successively onto a mould surface :- a release agent- a gel coat- a layer of liquid thermosetting resin, of viscosity between 0.3 an
5、d 0.4 Pa.s, and of medium reactivity- a layer of reinforcement (glass, aramid, carbon etc.) in the form of chopped strand mat or woven roving and to impregnate the reinforcement by hand with the aid of a roller or a brush.This operation is repeated as many times as there are layers of reinforcement,
6、 in order to obtain the desired thickness of the structure.Spray-up mouldingSpray-up moulding is derived from hand lay-up moulding, and is particularly suited to parts of medium to large dimensions and simple shapes. Parts produced by spray-up are pleasure boat hulls, swimming pools, covers, end cap
7、s of large diameter tanks, reinforced acrylic bathtubs etc. Productivity is better compared to hand lay-up moulding.Spray-up mouldingThe process consists of simultaneously spraying onto the mould, chopped glass strands, normally of 30 mm length, and the resin necessary for their impregnation. After
8、spraying onto the mould, rolling by hand is necessary to flatten or compact the glass-resin mixture well onto the mould surface and, as far as possible, eliminate air bubbles generated by the spraying system.The spray machine generally consists of - a glass chopper driven by compressed air,- a pneum
9、atic pump for feeding resin to the spray gun,- A solvent delivery system for cleaning the gun.RTMRTM allows the moulding of components with complex shape and large surface area with a good surface finish on both sides. The process is suited for short and medium production runs and is employed for ma
10、ny different transport applications (truck cabs are an example).RTMThis process consists of filling a rigid and closed mould cavity by injecting a resin through one, or several, points, depending on the size of the component. The reinforcements are previously placed in the interior of the mould, bef
11、ore closing and locking it firmly.Usually, polyesters, epoxy, phenolic & acrylic resins are used, and they can be filled if needed. Different types of mould can be used, depending on the required production rate: Heat can be applied to the mould to shorten the cure-time, in which case steel moulds m
12、ay be necessary. Low profile resins can be employed with heated moulds to improve the surface finish and appearance of the moulded part. Alternatively, low pressure RTM allows lower cost, composite tooling to be used with low tonnage presses.The reinforcements may be continuous filament mats, comple
13、xes or fabrics, but generally continuous filament mats are the most widely used. The use of preforms from continuous strand mats permits a considerable increase in production rate to be achieved.ReactionInjectionMoldingThe RIM process is based on the injection of the two polyurethane components (a p
14、olyol and an isocyanate) inside a mould cavity. The automotive market offers the most important applications for this process, such as dashboards, interior panels and under body shields. Many truck components are also manufactured by RIM, such as bumper-beams, front-ends and grills.RIMThe principle
15、of RIM consists of injecting into a closed mould and under low pressure (0.5 MPa), two or more reactive components mixed within a nozzle, just prior to their injection into the mould.The reaction, in the case of a polyol and an isocyanate, leads to the formation of a polyurethane.The introduction of
16、 short strands, such as milled fibres, directly into one of the two reactive constituents, leads to the injection of a pre-reinforced mixture. This is known as R-RIM Reinforced Reaction Injection Moulding. The introduction of long strand reinforcements - such as continuous filament mats, fabrics, co
17、mplexes or chopped strand preforms - into the mould before the injection takes place, allows parts with higher mechanical performance to be obtained. In this case, the process is known as S-RIM (Structural Reaction Injection Moulding.Resin infusionResin infusion offers an environmental friendly alte
18、rnative to open moulding. Resin infusion is able to produce consistently high quality parts, such as pleasure boats and windmill blades. The process allows thick structures measuring several metres and of complex shape, with the possibility of incorporating cores and inserts, to be moulded.Resin inf
19、usionThe principle of the process is the impregnation of layers of dry reinforcement contained between a rigid, airtight, mould and a flexible sheet sealed to it around its perimeter. A partial vacuum is applied to the mould cavity before resin is allowed to infuse into the reinforcement under atmos
20、pheric pressure, impregnating both across and down through the reinforcement layers. The upper sheet is removed once resin cure is complete, and the component may be removed.SheetMoldingCompoundSMC is a combination of chopped glass strands and filled polyester resin, in the form of a sheet. Processi
21、ng of SMC by compression or injection moulding enables the production of bodywork or structural automotive components, and electrical or electronic machine housings in large industrial volumes. The process also penetrates sectors such as sanitary ware (baths) and urban furniture (stadium and cinema
22、seating), etc.SheetMoldingCompoundThe prepreg contains all the components needed for moulding the final part (resin, reinforcement, filler, catalyst, low profile additives, etc.) in a malleable and non-tacky sheet. Its characteristics allow it to fill a mould under the conditions of moulding tempera
23、ture and pressure employed.SMC prepreg is made from glass strands chopped to lengths of 25 or 50mm, sandwiched between two layers of film, onto which the resin paste has already been applied. The prepreg passes through a compaction system that ensures complete strand impregnation before being wound
24、into rolls. These are stored for a few days before moulding, to allow the prepreg to thicken to a mouldable viscosityBulkMoldingCompoundBMC is a combination of chopped glass strands with resin in the form of a bulk prepreg. BMC is suitable for either compression or injection moulding. Injection moul
25、ding of BMC is used to produce complex components such as electrical equipment, car components (headlamps are an important application for BMC), housings for electrical appliances and tools, in large industrial volumesMC is a combination of chopped glass strands with resin in the form of a bulk prep
26、reg. BMC is suitable for either compression or injection moulding. Injection moulding of BMC is used to produce complex components such as electrical equipment, car components (headlamps are an important application for BMC), housings for electrical appliances and tools, in large industrial volumesB
27、ulkMoldingCompoundUnlike SMC, it is not necessary to include a maturation stage, and consequently, BMC prepreg formulations contain higher filler contents.The reinforcements are essentially chopped glass strands of 6 or 12mm length, but sometimes 25mm for applications which demand a high mechanical
28、performance. The reinforcement content is generally between 15 and 20%. It may be possible to reach 25% for the highest performance. BMC has a lower reinforcement content than SMC, which permits the introduction of higher filler loadings with a consequent economic benefit.ContinuousSheetProductionCo
29、ntinuous moulding between layers of film is used for the continuous production of sheets, both coloured and translucent, in flat or profiled (such as corrugated) forms. The main applications are in building (cladding and roofing) and agriculture (greenhouses).5-15/minPultrusionPultrusion is a contin
30、uous process able to produce full or hollow, glass reinforced, profiles of different shapes. Depending on the design and the shape, glass contents may range from 30 to 70 % by weight.Pultruded profiles are used in many applications in electrical, corrosion resistant, building and consumer goods area
31、s0.5-2m/miFilament windingFilament winding produces hollow items such as tubes, pipes, elbows, tanks and vessels with a typical 70 : 30 glass : resin weight ratio.GlassMatreinforcedThermoplasticsGMT is a thermoplastic prepreg, which offers better mechanical properties than injection moulded reinforc
32、ed thermoplastics, thanks to the higher residual length of the glass strands.GMT is widely used in automotive applications such as under body shields, seat structures, front-ends etc.GlassMatreinforcedThermoplasticsGMT is obtained by consolidating a glass strand mat with a sheet of polypropylene. Th
33、e glass mat is obtained by chopping assembled rovings, and then needling the strands together. The intermediate product is delivered in the form of rigid sheets, which are subsequently moulded by the end user.GMT is processed by heating the sheets to the matrix softening temperature, usually in an i
34、nfrared oven, followed by compression moulding in a mould maintained at a lower temperature. During moulding, GMT flows inside the mould cavity enabling complex features to be incorporated.GMT permits a high level of automation during blank cutting, pre-heating and placing into the mould.LFT/extrusi
35、on-compression1LFT/extrusion-compressionExtrusion / compression moulding uses an extruder to convert glass strands and PP pellets into a hot bulk moulding compound. The molten charge is quickly transferred to a press where it is moulded while still hot. The part is then removed after sufficient cool
36、ing. This process is generally referred to as Long Fibre Thermoplastic (LFT) processing. In direct LFT processing the glass strands are introduced into the extruder in the form of a roving or chopped strands. It is also possible to use pellets incorporating long strands in combination with PP pellet
37、s.2121世纪复合材料将是我国发世纪复合材料将是我国发展一个新的增长点展一个新的增长点 下世纪人类将面临很多问题其中下世纪人类将面临很多问题其中一个非常重要的问题是资源和能源枯一个非常重要的问题是资源和能源枯竭的问题。煤竭的问题。煤200200年，石油年，石油5050年，天年，天然气然气7070年，资源也很缺乏，锡已用完年，资源也很缺乏，锡已用完总储量的总储量的2020，而且都是无法回收的，而且都是无法回收的资源资源。复合材料已在尖端领域中起了非复合材料已在尖端领域中起了非常重要的作用；常重要的作用；复合材料由于价格偏高和可靠性复合材料由于价格偏高和可靠性相对较差，阻碍了它的更大发展；相对较
38、差，阻碍了它的更大发展；下世纪人类面临的问题将给复合下世纪人类面临的问题将给复合材料带来很大的机遇材料带来很大的机遇复合材料的进一步发展有以下复合材料的进一步发展有以下几个关键几个关键降低成本，降低成本，提高可靠性，提高可靠性，开发新型复合材料，开发新型复合材料，改善与环境的协调性改善与环境的协调性2121世纪人类面临的问题及复合材料能起的作用世纪人类面临的问题及复合材料能起的作用问题问题能源和资源的枯竭能源和资源的枯竭环境污染环境污染信息技术发展的需要信息技术发展的需要生活质量的提高生活质量的提高作用作用新能源的开发，节能、储能材料；陆地、海洋和空间的开新能源的开发，节能、储能材料；陆地、海
39、洋和空间的开发；废弃物的利用，生物复合物；功能敏感材料；交通器发；废弃物的利用，生物复合物；功能敏感材料；交通器材和住房条件的改善材和住房条件的改善例例风力、潮汐发电，利用太阳能、地热能，海洋平台、飞船风力、潮汐发电，利用太阳能、地热能，海洋平台、飞船空间站，自感应自调节自修补人体、结构材料空间站，自感应自调节自修补人体、结构材料复合材料在基础研究方面的新增长点：复合材料在基础研究方面的新增长点：各种新技术的发展，要求材料具有多种功能，而复合材各种新技术的发展，要求材料具有多种功能，而复合材料是最佳的优选对象料是最佳的优选对象如隐身蒙皮（台湾如隐身蒙皮（台湾100100亿）亿）力学性能吸收电磁
40、波力学性能吸收电磁波吸收红外线吸收红外线摩擦器件摩擦器件力学性能摩擦系数调节磨耗小导热力学性能摩擦系数调节磨耗小导热耐热器材耐热器材力学性能导热热膨胀匹配力学性能导热热膨胀匹配耐腐蚀件耐腐蚀件力学性能耐介质腐蚀力学性能耐介质腐蚀多功能建筑构件多功能建筑构件力学性能绝热隔音太阳能发电力学性能绝热隔音太阳能发电瓦片瓦片复合材料在基础研究方面的新增长点：复合材料在基础研究方面的新增长点：复合材料的非线性复合效应和混杂效应的研究复合材料的非线性复合效应和混杂效应的研究 复合材料的非线性复合效应和混杂效应包括复合材料的非线性复合效应和混杂效应包括乘积效应、系统效应、诱导效应和共振效应等，乘积效应、系统效
41、应、诱导效应和共振效应等，是开发新型功能复合材料的源泉。是开发新型功能复合材料的源泉。复合材料在基础研究方面的新增长点：复合材料在基础研究方面的新增长点： 界面研究界面研究 用于结构的复合材料界面的力学用于结构的复合材料界面的力学行为研究很多，也已基本清楚。但多行为研究很多，也已基本清楚。但多功能复合材料界面对功能的传递行为功能复合材料界面对功能的传递行为的研究尚属空白。的研究尚属空白。几种新型复合材料的研究几种新型复合材料的研究纳米、智能、仿生等新型复合材料在下纳米、智能、仿生等新型复合材料在下世纪肯定会得到发展，但有很多基础问世纪肯定会得到发展，但有很多基础问题需深入研究。纳米复合材料具有
42、很多题需深入研究。纳米复合材料具有很多特异的性能，关键是如何均匀分布在介特异的性能，关键是如何均匀分布在介质中，而且在价格过程中不使纳米粒子质中，而且在价格过程中不使纳米粒子或晶体团聚和长大。目前，用原位生成或晶体团聚和长大。目前，用原位生成纳米相的方法是有效的，但需研究其过纳米相的方法是有效的，但需研究其过程和基制。程和基制。几种新型复合材料的研究几种新型复合材料的研究几种新型复合材料的研究几种新型复合材料的研究几种新型复合材料的研究几种新型复合材料的研究复合材料的虚拟与拟实设计的研究复合材料的虚拟与拟实设计的研究复合材料的主要特点是可设计性强，因复合材料的主要特点是可设计性强，因此必然要研
43、究用先进的计算机技术来优此必然要研究用先进的计算机技术来优化。光虚拟不行，要反过来拟实才行化。光虚拟不行，要反过来拟实才行。应用方面的问题：应用方面的问题：复合材料用于基础设施如高速公路、桥复合材料用于基础设施如高速公路、桥梁大坝、海洋平台、港口机场、运动场梁大坝、海洋平台、港口机场、运动场馆等大型建筑，可使建筑行业设计、功馆等大型建筑，可使建筑行业设计、功能、成本、寿命和修复等产生革命化的能、成本、寿命和修复等产生革命化的变化变化研究开发水泥基复合材料，代钢筋，联研究开发水泥基复合材料，代钢筋，联接构件等。接构件等。有利于环境的复合材料相关研究；有利于环境的复合材料相关研究；l复合材料的回收
44、再生研究，包括分选技术和复合材料的回收再生研究，包括分选技术和质量检测技术质量检测技术l用废弃物组成性能较低但实用通用的材料用废弃物组成性能较低但实用通用的材料( (昆昆明回收中心将地膜和铁砂用双螺杆制窨井盖；明回收中心将地膜和铁砂用双螺杆制窨井盖；将碎玻璃和废易拉罐盐熔制成矿井输送带轮，将碎玻璃和废易拉罐盐熔制成矿井输送带轮，耐磨性非常好耐磨性非常好) )l自然降解的复合材料自然降解的复合材料连续纤维增强热塑性塑料连续纤维增强热塑性塑料是聚合物基复合材料中新发展起来的一类重要品种。CFRTP较之已广泛应用的热固性复合材料具有以下几方面突出优点:预浸料可长期保存具有优良的综合性能,特别是在高温
45、、高湿度下仍能保持良好的力学性能成型方法多、生产效率高制品可重复加工、再生利用因此，CFRTP自70年代初开发以来，越来越受到各国重视，研究应用十分活跃，在航天、航空、汽车、化工、电子/电器等领域均得到应用，发展速度很快。近10年来，每年以25%的速度增长，发展速度比热固性复合材料高数倍。我国从80年代中后期也开展了CFRTP的研制工作，但是现在与发达国家相比，差距仍很大。然而，我国CFRTP的发展有着巨大的潜力，随着汽车、电子/电器工业的迅速发展，对CFRTP，特别是通用型CFRTP的需求会越来越大。因此在我国加快CFRTP的研制和应用具有重要的现实意义。大部分热塑性树脂都可作为CFRTP的
46、基体，从通用树脂PP、PE、PVC到特种树脂PPS、PEEK等均可根据料的性能及成本加以选用。纤维的种类及特点纤维可以是各种纤维，如凯夫拉（Kevlar）纤维、碳纤维、玻璃纤维以及高强聚乙烯纤维、硼纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维。增强纤维玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维是制造CFRTP的主要纤维品种。玻璃纤维由于其高强度、高模量，优良的耐热及低成本，用量最大。 用于CFRTP增强的玻璃纤维大多选用机械性能高、绝缘性能好的无碱玻璃纤维(E玻璃纤维)，并根据CFRTP制备方式的不同，纤维形态有：连续原丝针刺毡、单向随机玻纤毡、连续玻纤织物和短切原等。其中针刺毡用于制作热塑性复合材料时，由于毡中的纤维呈三维
47、分布有利于树脂的流动，并在冲压制品时易排气，减少了制品的缺陷，因而是目前制造通用CFRTP的最重要增强材料。 玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种之一。这是一种以热塑性树脂为基体，以长玻璃纤维或连续玻璃纤维毡为增强材料的复合材料，一般制成片状以半成品供应。用不同类型的玻璃纤维毡和热塑性树脂基体，可以组成多种多样的GMT材料，热塑性树脂也可以根据用途进行选择，一般PP作为热塑性基体应用最为广泛，这是由于它具有良好的成本与性能之比；而GMT在再生利用方面取得的进展，在环保要求越来越严的未来开发应用中更具竞争力。目前华东理工大学聚合物加工研究室已建成年产100
48、150t的PP-GMT片材连续生产线，以替代进口材料。碳纤维是制备高性能CFRTP的重要原料。碳纤维具有高比强、高模量、耐磨、导电、耐高温，长期受力不发生蠕变和疲劳等优点，用其增强的CFRTP主要用于航空、航天、医学、精密仪器及部分民用产品上。芳纶纤维也是以高强高模量的突出优点用于制造高性能热塑性复合材料，其拉伸模量远高于玻璃纤维且质轻，用芳纶纤维制造的CFRTP在很多领域得到应用，尤其是宇航工业。 CFRTP的制备技术CFRTP是以热塑性树脂对连续纤维进行浸渍而制得。由于热塑性树脂的熔体粘度一般都超过100NS/m2，很难使增强纤维获得良好浸渍。因此制备CFRTP的技术关键是如何解决热塑性树
49、脂对连续增强纤维浸渍，对此，各国科学家进行了大量研究，主要开发了溶液浸渍、熔融浸渍、粉末浸渍、悬浮浸渍、混编浸渍、反应浸渍以及混纤法等多种制备技术。1.溶液浸渍制备技术 溶液浸渍技术是将树脂溶于合适的溶剂，使其粘度下降到一定水平，然后采用热固性树脂浸渍时所采取的工艺来浸润纤维，最后通过加热使溶剂除去。这种制备技术工艺简便，设备简单，但存在的问题是溶剂必须除去，因为极少的残余溶剂都有可能导致制品耐溶剂性的下降，此外在去除溶剂的过程中还存在物理分层、树脂纤维界面渗透以及溶剂可能聚集在纤维表面的小孔和空隙内等，造成树脂与纤维界面不好。尽管如此，一些采用其它制备技术不易浸渍的高性能树脂基复合材料的制备
50、大多仍采用这一浸渍技术。 尽管如此，一些采用其它制备技术不易浸渍的高性能树脂基复合材料的制备大多仍采用这一浸渍技术 。一般的工艺流程如图。2.熔体浸渍制备技术熔体浸渍是将热塑性树脂加热熔融后来浸渍纤维的一种制备技术。早在1972年，美国PPG公司就采用此技术生产连续玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料，采用的工艺是将两层玻纤原丝针刺毡夹在三层聚丙烯层之间，其中间层是挤出机挤出的熔融树脂，上下两层树脂即可用挤出机挤出，也可直接用树脂薄膜，然后将这种夹置于高于树脂基体熔化温度下进行热压，随后使之冷却成型。熔融浸渍工艺首先将纤维材料预热，再与挤出机挤出的热塑性树脂模层合，经过双带压机热压浸渍后，固结、冷却、
51、切割成一定尺寸的片材。在该工艺过程中，预热的增强材料分层与基础的聚合物接触，再在双带压机内固结。目前这一技术已成功地用连续玻纤毡增强PBT、PET及PC等热塑性复合材料中，然而这种生产方法技术复杂、设备投资较大，一条年产万吨复合片材的生产线约需投资1千万美元以上。熔体浸渍也可采用拉挤技术，即采用一种特殊结构的拉挤模头，使纤维束经过这一充满高压熔体的模头时，反复多次承受交替的变化，促使纤维和熔体强制性的浸渍，达到理想的浸渍效果，但这一方法只能用于生产长维增强粒料(长度一般切割成610mm)而非片材。3.粉末浸渍制备技术粉末浸渍制备技术是在流化床中通过静电作用将树脂细粉吸附于纤维束中纤维单丝的表面
52、，然后加热使粉末熔结在纤维的表面，最后在成型过程中使纤维得以浸润。适合于这种技术的树脂细度以510m为宜，因为粉末直径与纤维直径相近时，可以取得较佳的浸润效果。粉末浸渍技术的不足之处是浸润仅在成型加工过程中才能完成，且浸润所需的时间、温度、压力均依赖于粉末直径的大小及其分布状况。静电吸附工艺图中“1”为热塑性树脂薄膜，其厚度在0.011mm之间；“2”为静电摩擦辊；“3”为高压静电发生器，电压为1070kV；“4”短切纤维，长度为550mm;”5”是以吸附有纤维的薄膜卷材；“6”为热压区；“7”为冷却区流态流化床工艺将一定粒度的树脂粉末放在容器中的多孔床上，通过空气是粉末流态化。再让连续纤维从
53、容其中通过，实现为周围附着上树脂粉末。再经过切断其切成定长，落在输送汪带上，通过热轧区和冷却区后制成片材。4.悬浮浸渍制备技术 悬 浮 浸 渍 制 备 技 术 是 法 国 造 纸 公 司Arjomari和英国WigginsTeape公司开发的，其工艺与造纸工艺相似。Arjomari公司将短切长度在625mm的玻璃纤维、树脂粉末和乳化剂一起分散在水中，成为水悬浮液，然后加入絮凝剂，使它们凝聚在液压成型机的滤网上，使凝聚物与水分离，所得毡状凝聚物进行热压，使之熔化成片。这种技术也可称为水溶液泡沫预浸技术其工艺过程可分为几个部分，工艺过程图如下介质悬浮工艺首先将剪切后的纤维、树脂粉末和悬浮主机加入介
54、质中，借助悬浮助剂和搅拌将纤维和树脂粉末均匀的分散在介质中。在将这种均匀的悬浮液通过流浆箱合成型网，滤去介质形成湿片，再经过干燥、压轧形成热塑性片材。 这种技术也可称为水溶液泡沫预浸技术其工艺过程可分为几个部分，工艺过程流程图如下：WigginsTeape公司则采用泡沫体取代水，通过在悬浮液中加入适当的表面活性剂，并通入空气，形成泡沫体，然后使泡沫体摊铺在多孔送带上，形成湿毡，再经烘干，热压成片材。悬浮浸渍技术生产的预浸片材中，玻纤分布均匀，成型加工时预浸料流动性好，适合制作复杂几何形状和薄壁结构制品。 但与熔体浸渍制备方法一样，存在技术难度高，设备投资大的缺点。目前仅国外少数大公司如美国 G
55、EPlastics公司、Exxon公司、日本新日铁集团及法国Arjomari公司和英国WigginsTeape公司等用该技术生产。5.混编制备技术 混编制备技术是将纺成细丝的热塑性树脂与增强纤维制成混合纱，再进行进一步加工。这一技术始见于美国NASA合同制备碳纤维与PBT、PET和液晶聚合物(LCP)的混杂纤维束，并发展而来。 混编技术最大优点是具有良好的加工性能，混合纱可以织成各种复杂形状，包括三维结构，也可以直接缠绕，制得性能优良的复合材料制品。下图例举了几种混编预浸料的模型： 混编制备技术制得的混编织物使用非常方便，质地柔软，具有良好的成型加工性能，可编织成所要求的产品界面形状，也可以直
56、接使用。只要按要求铺制成规定的厚度，加温加压冷却后，即可制得所要求的复合材料。但由于制取极细的热塑性树脂纤维(10m)非常困难，同时编织过程中易造成纤维损伤，限制了这一技术的应用。6.反应浸渍制备技术反应浸渍制备技术是利用单体或预聚体初始分子量小，粘度低及流动性好的特点使纤维与之一边浸润、一边反应，从而达到理想的浸渍效果。采用反应浸渍技术要求单体聚合速度快，反应易于控制。目前仅主要对聚氨酯、尼龙6等一些可以进行阴离子型聚合的体系进行了研究，存在的主要问题是工艺条件比较苛刻、反应不易控制，尚不具有实用价值。 华东理工大学对凯芙拉纤维/尼龙6热塑性复合材料进行了研制，利用低粘度的活化单体浸渍凯芙拉
57、纤维织物，然后就地进行原位聚合制成热塑性复合材料。不仅解决了高粘度树脂熔体浸渍困难的问题，而且可以在增强纤维或其织物经优化排列组合后原地进行浸渍，得到高韧性抗冲击的热塑性复合材料。 7. 混纤法 混纤纱是一种纤维增强热塑性复合材料预混料形式，它是由增强纤维与热塑性树脂基纤维紧密混合在一起形成的。 混纤纱具有许多优点：两相纤维紧密混合在一起，大大减小了浸渍中树脂流动的距离，克服了热塑性树脂基体浸渍的困难；两相纤维的比率容易调节并能精确控制；有良好的柔韧性和悬垂性，容易适应复杂的形状；可机织、针织和编织加工制备预混料，也可以进行单向缠绕加工成单向板预混料。混纤预浸料加工方法是针对一些高性能热塑性基
58、体塑料(如)具有高的熔融温度和熔融粘度引起的基体润湿、浸渍增强纤维以及预浸料适型性的问题而开发的新工艺方法，其中包括增强纤维与热塑性基体纤维混合而成的混纤纱、织物混纤。这种新方法可以较好解决高分子量热塑性聚合物浸渍的问题，容易控制增强纤维和基体的比例，有良好的适型性。混纤预浸料作为热塑性复合材料的基础材料，其结构对复合材料的浸渍性能、力学性能有重要影响。在上述各种浸渍工艺中，就目前的工艺状态看，没有一种是十分完善的，或者明显优于其他的浸渍工艺，由于不同的应用领域，要使用不同的材料，必须根据所用的材料选取最佳的工艺。CFRTP的成型方法采用上述工艺技术制备的CFRTP一般只是半成品预浸料，通过进
59、一步成型加工才可制得最终产品。热塑性预浸料的成型加工与热固性预浸料(即片状模塑料SMC或团状模塑料)的成型加工相比有许多优越之处，如成型时无化学变化、成型周期短，因而可使用快速成型方法。下面介绍CFRTP的几种重要成型方法。1.冲压成型冲压成型是通过将按模具大小裁切好的CFRTP预浸片材在加热炉内加热至高于树脂熔化的温度，然后送入压模中，快速热压成型。成型周期一般在几十秒至几分钟内完成。这种成型方法能耗、生产费用均较低，而生产效率高，是目前CFRTP的成型加工中最重要的一种成型方法。 玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）制品成型是一种快速的压缩模塑，常使用冲压一词描述其过程。GMT材料的冲压
60、又分冷冲压和热冲压。前者的加工温度界于熔融温度和开始重结晶温度之间，一般比熔融温度低2030C，这样可将成型时间缩到15s。后者本质上是一种流动成型过程，即一种层状被加热的、熔融复合材料的充模流动过程，一件制品需3060s制成。 冲压成型的局限性是制品形状必须相对简单。热塑性塑料的压缩模塑包括四个主要的步骤：坯料设计、材料加热、合模、冷却。2.辊压成型辊压成型是金属成型加工中常见的工艺。用于CFRTP的片材加工时，把几层放好的预浸料在连续的基础上用远红外或电加热的方法加热软化，然后通过牵引经过热辊、冷却辊，从而逐渐成型为所需形状的制品。这种方法为连续成型，生产效率高，制品尺寸在长度方向不受限制
61、。3.拉挤成型拉挤成型一般用于对CFRTP薄带或纤维束(包括粉末包裹的纤维)进行成型加工。预浸料被预加热后，然后牵引通过一个或多个模具，最后成型为最终形状的制品。目前这种方法主要用于成型几何形状较为规整的制品如杆、槽、梁等。自八十年代中期开始，人们对采用拉挤工艺制造连续纤维增强热塑性塑料复合材料（CFRTP）发生了兴趣，其原因是CFRTP具有很多优点：损伤容限高、可补塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型是无苯乙烯排放、无需固化反应和成型速度快等。尽管热塑性塑料拉挤成型具有上述无可争议的优点，但迄今未获商业应用。其原因在于，这种工艺也受到以下缺点的制约：熔体粘度高、成型温度高、需要控制冷却、有
62、蠕变行为和制品表面硬度低等。此外，热塑性塑料的拉挤速度迄今未获较大提高，因而其工艺速度仍落后于热固性塑料。4.真空模压成型真空模压也是适用于片状CFRTP的成型。成型时，将剪裁成要求尺寸的片材经预热后移到金属模具上，密封片材和金属模具的外周边，然后在模腔内抽真空，使片料铺贴在模腔上，冷却后脱模即得所需形状的制品。CFRTP的应用及发展前景 由于CFRTP与许多材料相比，优点很多，而缺点较少，其应用越来越广。除连续碳纤维、芳纶纤维增强高性能热塑性复合材料已成为飞机、宇航和高技术领域不可缺少的特种材料和新型结构材料外，连续玻璃纤维增强通用型热塑性复合材料也已在汽车、电子/电器、建筑、运输等领域中得
63、到了应用，特别是在汽车行业的应用引人注目。 欧美及日本的许多汽车厂家已大量使用CFRTP制造的汽车部件，如保险杆、发动机隔噪罩、座椅骨架、车头灯、风扇、散热器格栅、仪表盘托架等等。国内也已有部分汽车厂家使用CFRTP制造汽车部件，如北京吉普已开始使用连续玻纤毡增强聚丙烯复合片材(欧洲称为GMT)制做汽车座垫板。1996年CFRTP在汽车工业方面的用量已超过3万t，预计到本世纪末，用量将超过4万t。 CFRTP作为一种相对较新的复合材料，仍有不少问题有待解决，如进一步研究开发新的低成本的浸渍制备技术和成型加工方法，特别是大型和复杂构件成型方法的开发；开发新的增强材料和新的树脂基体，以提高复合材料及其制品的强度、刚度、耐热性和韧性等；开发新的纤维表面处理技术，提高纤维和基体界面的结合强度以及加快CFRTP制品再生利用的研究等。如果在这些方面取得新的进展，则这种复合材料将会获得更为广泛的应用，市场前景将更加广阔。谢 谢THANKYOUVERYMUCHContact:Prof.MuhuoYuDept.ofMaterials,DonghuaUniversity,1882WestYan-anRoad,Shanghai200051,P.R.CHINATEL&FAX:021-62373507EMAIL:,结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！87
